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海底电缆「防水抗压」的秘密原来在这！

发布于：2022-11-11 15:45:11 来自：电气工程/电气工程原创版块 [复制转发]

知识点：集电海底电缆

近几年，随着世界化石能源的枯竭和人类对电力需求的不断增加，全球都在大力发展新能源产业，而海洋领域的新能源开发更是各国争相去做，比如海上风机发电、海洋潮汐能、海洋天然气与石油开采等，而使海上新能源能为陆地使用的通道只有一个，那就是海底电缆。海底电缆输电工程是跨海域联网工程建设的重要组成部分，在实现电网国际化、区域电网互联进程中具有重要意义。而海底电缆又具有哪几种形式，它又是如何防水抗压呢？

交联聚乙烯绝缘电缆（XLPE）

交联聚乙烯绝缘（XLPE）海底电缆发展于上世纪80年代，多数用于220kV及以下电压等级。与充油电缆相比，XLPE电缆具有以下优点：

XLPE电缆是固体绝缘，不需复杂的充油系统，不需要检测油位、控制油压，运行费用低。

XLPE电缆没有铅护套，弯曲半径小、质量轻，可生产、敷设的长度更长，且在敷设安装和运输时都要比充油电缆简单。

XLPE海底电缆的电气性能和机械性能也都优于充油电缆。因此，XLPE绝缘海底电缆的发展有着更广阔的前景。普通的交联聚乙烯电缆在直流电压作用下，电缆绝缘中的空间电荷会在某处集中，从而造成此处局部场强过高而被击穿的现象。而在绝缘材料中采用添加剂可以减缓电缆绝缘中空间电荷累积，使得交联聚乙烯电缆可以用于直流高压供电。

2002年，第一根挤包型单芯直流海底电缆（轻型直流电缆）被首次应用，其电压±150kV，长度40km，容量330MW，用于连接纽约长岛和美国康涅狄格。这种直流海底电缆采用3层聚合材料挤压成单极性电缆，内外屏蔽层与绝缘层同时挤压，具有高强度、环保和便于掩埋等优点，适用于深海等恶劣环境。

交流电缆绝缘中的等效电容随电缆长度增加而增大，在能量传输过程中，等效电容与电源间不停地进行着充电放电，其充电电流会因达到极大值而影响正常有功负荷的传输，所以交流海底电缆存在理论上的极限。而XLPE绝缘直流海底电缆的长度不受充电电流限制，无需无功补偿装置，制造安装简便，介损和导体损耗小，传输电缆的经济性更好。

充气式电缆

充气式海底电缆在结构上与充油电缆很相似，先使用预先浸渍好的纸带做绝缘，再充入带压力的氮气，带压力的气体填充了纸带间的空隙，提高了击穿电压。充气式海底电缆可用于交直流输电，它比充油式电缆更适合于较长的海底电缆网。但这种电缆应用时需在深水下使用高气压操作，增加了设计电缆及其配件的制造难度，所以该电缆的使用一般限于水深300m。

海底电缆是如何防水的？

当机械应力或外力造成电缆护套及绝缘损伤、接头损坏时，潮气或水分会沿着电缆纵向和径向的间隙浸入，降低绝缘的电气强度，因此多数高压海底电缆都具有对应的防水措施。

径向措施主要是在绝缘屏蔽和金属屏蔽层外面绕包半导电阻水膨胀带并添加金属防水层即金属护套。 中压电缆电场强度相对较低，一般使用铝塑复合护套或聚合物护套，高压电缆则采用铅、铝、不锈钢的金属密封套。聚合物护套虽然具有防水性，但却有一定的吸水率，这是因为其结构主要是由结晶相和无定形相组成的半结晶高聚物。结晶相结构紧凑，无定形相中的分子排列疏松，分子间存在较大的间隙，在交变电场的作用下，极性的水分子不断来回翻转，可以透过间隙和晶界缺陷处渗透到绝缘材料中。采用聚合物护套时，护套里要添加具有吸水作用的阻水剂。

纵向阻水主要采用压紧型线芯或在导线之间和缆芯屏蔽区添加阻水性物质，阻断水分在缆芯中的扩散通道这两种方法进行防水 。纵向阻水采用阻水粉填充效果较好，它的吸水量为自身的几十倍乃至几千倍，吸水强度大、膨胀率高，吸水后可迅速膨胀形成凝胶状物质，阻塞渗水通道，终止水分和潮气的进一步扩散和延伸，将电缆的受潮长度降到最低。

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